JP4447204B2 - Fuel cell with metal separator - Google Patents
Fuel cell with metal separator Download PDFInfo
- Publication number
- JP4447204B2 JP4447204B2 JP2002270229A JP2002270229A JP4447204B2 JP 4447204 B2 JP4447204 B2 JP 4447204B2 JP 2002270229 A JP2002270229 A JP 2002270229A JP 2002270229 A JP2002270229 A JP 2002270229A JP 4447204 B2 JP4447204 B2 JP 4447204B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- flow path
- gas
- separator
- metal separator
- refrigerant
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Images
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/50—Fuel cells
Landscapes
- Fuel Cell (AREA)
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、メタルセパレータを備えた燃料電池(たとえば、固体高分子電解質型燃料電池)に関する。
【0002】
【従来の技術】
【特許文献1】
特開2000−228207号公報
【0003】
固体高分子電解質型燃料電池は、膜−電極アッセンブリ(MEA:Membrane-Electrode Assembly )とセパレータとからなるモジュールを積層したものからなる。MEAは、イオン交換膜からなる電解質膜とこの電解質膜の一面に配置された触媒層からなる電極(アノード、燃料極)および電解質膜の他面に配置された触媒層からなる電極(カソード、空気極)とからなる。アノード側触媒層とセパレータとの間、およびカソード側触媒層とセパレータとの間には、拡散層が設けられる。MEAのアノード側のセパレータにはアノードに燃料ガス(水素)を供給する燃料ガス流路が形成されており、MEAのカソード側のセパレータにはカソードに酸化ガス(酸素、通常は空気)を供給する酸化ガス流路が形成されている。モジュール積層体のモジュール積層方向両端に、ターミナル、インシュレータ、エンドプレートを配置してスタックが構成され、スタックがモジュール積層方向に締め付けられ、モジュール積層体の外側でモジュール積層方向に延びる締結部材(たとえば、テンションプレート)とボルトにて固定される。
固体高分子電解質型燃料電池では、アノード側では、水素を水素イオンと電子にする反応が行われ、水素イオンは電解質膜中をカソード側に移動し、カソード側では酸素と水素イオンおよび電子(隣りのMEAのアノードで生成した電子がセパレータを通してくる、またはモジュール積層体の一端のセルのアノードで生成した電子が外部回路を通してモジュール積層体の他端のセルのカソードにくる)から水を生成する反応が行われる。
アノード側:H2 →2H+ +2e-
カソード側:2H+ +2e- +(1/2)O2 →H2 O
ジュール熱とカソードでの水生成反応での熱を冷却するために、セパレータ間には、冷媒(通常は冷却水)が流れる冷媒流路が形成されており、燃料電池を冷却している。
特開2000−228207公報は、セパレータをメタルからプレス成形にて形成し、おもて面に反応ガスを、背面に冷却水を流すメタルセパレータを開示している。該公報のセパレータでは、図面より、冷媒流路幅はガス流路幅より大になっている。また、該公報以外でも、メタルセパレータの場合は、実際の製作において、冷媒流路幅はガス流路幅より大になっている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、メタルセパレータのようにプレス成形で流路を形成するセパレータでは、おもて面にガス流路を形成すると、背面の冷媒流路は一義的に流路幅、流路断面積が定まる。その場合、従来のように冷媒流路幅をガス流路幅に比べて大きくとると、つぎの問題が生じる。
(i) 冷媒流路の溝底部のセパレータ部分は拡散層を押し付けガスの触媒層への拡散を悪くする部分であるから、冷媒流路幅が増えると、セル面積のうち発電面積として有効利用できる面積が減少する。
(ii)冷却水量が多くなり、メタルは熱伝導がよいので、冷却しすぎとなる。冷却しすぎは、酸化ガス下流部でフラッディングを起こしやすい。また、冷却水量が多くなり、水の熱容量が大きくなって、冷却制御性が悪くなる場合がある。
本発明の目的は、流路がプレスで形成されたメタルセパレータを備えた燃料電池であって、発電面積として有効利用できる面積を増大でき、かつ、燃料電池の過剰冷却を防止できる、メタルセパレータを備えた燃料電池を提供することにある。
【0005】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成する本発明はつぎの通りである。
一面にガス流路が形成され他面に冷媒流路が形成された部分を有し該部分がプレスで形成されているメタルセパレータを備え、モジュール間でメタルセパレータがガス流路溝底部で互いに接している、メタルセパレータを備えた燃料電池において、
前記メタルセパレータは、
ガス流路の深さ方向両端部位のメタルセパレータ湾曲部を除いてガス流路の深さ方向にガス流路幅が一定とされており、
ガス流路の深さの中間点位置での、ガス流路幅dG 、およびガス流路ピッチDからガス流路幅dG を差し引いた冷媒流路幅dW が、
dG ≧dW
の関係を満足していることを特徴とするメタルセパレータを備えた燃料電池。
【0006】
上記のメタルセパレータを備えた燃料電池では、dG ≧dW としてあるため、冷媒流路幅が従来より小さくなる。
冷媒流路幅が小さくなることによって、セパレータ冷媒流路溝底部によって押される拡散層の面積が減少し、触媒層へのガス拡散の悪い部分の面積が減少し、その結果、セル面積のうち発電に有効に活用される部分(ガスが十分に拡散供給される触媒層部分)の面積が増大する。
また、冷媒流路幅が小さくなることによって、冷却水量が低減し、セルの過剰冷却がなくなるとともに、冷却水の熱容量も小さくなり制御性がよくなる。過剰冷却を防止することによって、生成水による酸化ガス下流部におけるフラッディングも抑制される。
上記の燃料電池セパレータでは、流路形成部分が熱伝導率が大のため、冷却が過剰になりやすいが、上記の条件を満足していることが前提となっているので、冷却水量が小であり、過剰冷却を防止できる。
【0007】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明のメタルセパレータを備えた燃料電池を図1〜図3を参照して、説明する。
本発明のメタルセパレータを備えた燃料電池は固体高分子電解質型燃料電池10である。本発明の燃料電池10は、たとえば燃料電池自動車に搭載される。ただし、自動車以外に用いられてもよい。
【0008】
固体高分子電解質型燃料電池10は、図1〜図3に示すように、膜−電極アッセンブリ(MEA:Membrane-Electrode Assembly )とセパレータ18とからなるモジュール19を積層したものからなる。MEAは、イオン交換膜からなる電解質膜11と、この電解質膜11の一面に配置された触媒層12からなる電極14(アノード、燃料極)および電解質膜11の他面に配置された触媒層15からなる電極17(カソード、空気極)とからなる。アノード側触媒層12とセパレータ18との間には拡散層13が設けられ、カソード側触媒層15とセパレータ18との間には拡散層16が設けられる。拡散層13はアノード14の一部と考えてもよいし、拡散層16はカソード17の一部と考えてもよい。モジュール積層体のモジュール積層方向両端に、ターミナル20、インシュレータ21、エンドプレート22を配置してスタック23が構成され、スタック23は、モジュール積層方向に締め付けられ、モジュール積層体の外側でモジュール積層方向に延びる締結部材24(たとえば、テンションプレート)とボルト25にて固定される。
【0009】
MEAのアノード14側のセパレータ18にはアノード14に燃料ガス(水素)を供給する燃料ガス流路27が形成されており、MEAのカソード17側のセパレータ18にはカソード17に酸化ガス(酸素、通常は空気)を供給する酸化ガス流路28が形成されている。
冷媒流路26は隣接するモジュールのセパレータ18間に設けられ、冷媒流路26には冷媒(通常、冷却水)が流されて、ジュール熱および反応熱で温度が上昇しようとする燃料電池を冷却する。冷媒流路26は、セパレータ18の、ガス流路(燃料ガス流路27または酸化ガス流路28)が設けられる側の面(おもて側面)と反対側の面(背面)に設けられている。
【0010】
触媒層12、15は、触媒成分、たとえば白金(Pt)と、触媒成分を担持するカーボン(C)と、電解質とからなる。
拡散層13、16はカーボン(C)が主成分であり、通気性を有する。
セパレータ18は、一面にガス流路(燃料ガス流路27または酸化ガス流路28)が形成され他面に冷媒流路26が形成されプレスで形成された部分(18Aまたは18B)を有する。プレスで形成された部分(18Aまたは18B)は、たとえばメタルからなる。ただし、プレスで形成された部分(18Aまたは18B)はメタルに限るものではなく、導電性樹脂をプレスで成形したものなどであってもよい。以下は、プレスで形成された部分(18Aまたは18B)がメタルからなる場合を例にとる。
【0011】
プレスで形成された部分(18Aまたは18B)がメタルからなる場合、セパレータ18は、メタルセパレータ18A、18Bと樹脂フレーム18C、18Dとからなる。
図3に示すように、セパレータ18でMEAを挟む際、MEAに対応する部分が中抜きされた樹脂フレーム18C、18Dをメタルセパレータ18A、18BのMEA側にそれぞれ配して、メタルセパレータ18A、樹脂フレーム18C、MEA、樹脂フレーム18D、メタルセパレータ18Bの順に積層する。MEAの部分は、樹脂フレーム18C、18Dが中抜きされているので、メタルセパレータ18A、MEA、メタルセパレータ18Bの順で積層されており、樹脂フレーム18C、18Dの部分は、MEAが張り出していないので、メタルセパレータ18A、樹脂フレーム18C、樹脂フレーム18D、メタルセパレータ18Bの順で積層されている。MEAの部分は、燃料電池の発電部を構成する。
【0012】
メタルセパレータ18A、18Bは、不透過性で、たとえば金属板(たとえば、ステンレス板)に良導電性金属をメッキ(たとえば、ニッケルメッキ)したものからなる。
メタルセパレータ18Aおよび樹脂フレーム18Cは、燃料ガス(たとえば、水素)と冷媒(たとえば、冷却水)を分離し、メタルセパレータ18Bおよび樹脂フレーム18Dは、酸化ガス(たとえば、酸素、通常は空気)と冷媒を分離する。また、メタルセパレータ18A、18Bは、隣り合うセルのアノードからカソードに電子が流れる電気の通路を形成している。
【0013】
メタルセパレータ18Aのうち燃料電池発電部対応部の一面(MEAに対向する側の面)には、燃料ガス流路27が形成され、裏面には冷媒流路(冷却水流路)26が形成されている。同様に、メタルセパレータ18Bのうち燃料電池発電部対応部の一面(MEAに対向する側の面)には、酸化ガス流路28が形成され、裏面には冷媒流路(冷却水流路)26が形成されている。ガス流路の凹凸はプレス成形によって形成される。
【0014】
メタルセパレータ18A、18Bおよび樹脂フレーム18C、18Dの、燃料電池発電部(MEAのある部分)を挟んで互いに対向する対向部30、31には、冷媒流路26に接続する冷媒マニホルド32、燃料ガス流路27に接続する燃料ガスマニホルド33、酸化ガス流路28に接続する酸化ガスマニホルド34が形成されている。燃料電池発電部対応部を挟んで互いに対向する対向部30、31の一方30には、入り側の冷媒マニホルド32a、出側の燃料ガスマニホルド33b、入り側の酸化ガスマニホルド34aが設けられ、他方31には、出側の冷媒マニホルド32b、入り側の燃料ガスマニホルド33a、出側の酸化ガスマニホルド34bが設けられる。
それぞれの入り側マニホルドと発電部流路との間には流れをマニホルド長から燃料電池発電部全幅に拡げる整流部35が設けられ、それぞれの出側マニホルドと発電部流路との間には流れを燃料電池発電部全幅からマニホルド長に縮小する流れ整流部36が設けられる。冷却水流路、燃料ガス流路、空気流路は、互いにシールされる。図3の37はモジュール間の冷媒シール用のシール材である。
【0015】
図3(図2のA−A線に沿って見た断面)に示すように、一面にガス流路27または28が形成され他面に冷媒流路26が形成され該部分がプレスで形成されているセパレータ18A、18Bにおける、ガス流路幅(燃料ガス流路幅、酸化ガス流路幅)をdG 、冷媒流路幅をdW とした場合、それらのパラメータは、
dG ≧dW
の関係を満足している。そして、ピッチD(ガス流路のピッチ=冷媒流路のピッチ)は、
D=dG +dW
である。なお、上記において、ガス流路幅dG 、冷媒流路幅dW は、流路の深さ方向に流路の深さの中間点(深さをhとすると1/2hの点)での流路幅、または、MEAに接する面での、流路幅とする。
そして、図示例では、一面にガス流路が形成され他面に冷媒流路が形成されたセパレータ18A、18Bは、高熱伝導材であるメタルからなっている。
【0016】
つぎに、本発明のメタルセパレータを備えた燃料電池の作用を説明する。
従来セパレータでは、dG <dW であったが、本発明のメタルセパレータを備えた燃料電池では、dG ≧dW としてあるため、ガス流路幅dG が本発明と従来とで同じ場合には、冷媒流路幅dW が従来より小さくなる。また、ピッチDが本発明と従来とで同じ場合には、冷媒流路幅dW が従来より小さくなり、ガス流路幅dG は従来より大きくなる。
【0017】
冷媒流路幅dW が小さくなることによって、セパレータ冷媒流路溝底部によって押される拡散層13、16の面積が減少し(拡散層のうち押されて密度が高くなった部分はガス拡散性が悪くなるが、拡散層のうち押されて拡散性が悪くなる部分の面積が減少し)、触媒層12、15へのガス拡散の悪い部分の面積が減少し、その結果、セル面積のうち発電に有効に活用される部分(ガスが十分に拡散供給される触媒層部分)の面積が増大する。
また、冷媒流路幅dW が小さくなることによって、冷却水量が低減し、セルの過剰冷却がなくなるとともに、冷却水の熱容量も小さくなり制御性がよくなる。また、過剰冷却を防止することによって、生成水による酸化ガス下流部におけるフラッディングも抑制される。過冷却の場合は、飽和蒸気圧がさがって、水が生成されやすいが、過剰冷却を防止することにより、水の生成を抑制できる。
【0018】
メタルセパレータ18A、18Bでは、流路形成部分がメタルからなっているので、メタルが熱伝導率が大でかつ熱容量も比較的小さいため、冷却が過剰になりやすいが、dG ≧dW の条件を満足している限りは、冷却水量が小であり、過剰冷却を防止できる。
【0019】
【発明の効果】
請求項1のメタルセパレータを備えた燃料電池によれば、dG ≧dW としたため、冷媒流路幅dW を従来より小さくできる。
冷媒流路幅が小さくなることによって、セパレータ冷媒流路溝底部によって押される拡散層の面積が減少し、セル面積のうち発電に有効に活用される部分(ガスが十分に拡散供給される触媒層部分)の面積を増大できる。
また、冷媒流路幅が小さくなることによって、冷却水量が低減するので、セルの過剰冷却がなくすことができ、酸化ガス下流部におけるフラッディングを抑制できるとともに、冷却制御性をよくすることができる。
また、流路形成部分が高熱伝導材であるにもかかわらず、dG ≧dW の条件を満足しているので、冷却水量が小であり、過剰冷却を防止できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明のメタルセパレータを備えた燃料電池の全体概略図である。
【図2】 本発明のメタルセパレータを備えた燃料電池の1モジュール分の分解斜視図である。
【図3】 本発明のメタルセパレータを備えた燃料電池の一部の2モジュール分の拡大断面図である。
【符号の説明】
10 (固体高分子電解質型)燃料電池
11 電解質膜
12 触媒層
13 拡散層
14 電極(アノード、燃料極)
15 触媒層
16 拡散層
17 電極(カソード、空気極)
18 セパレータ
18A 燃料ガスと冷却水とを区画するメタルセパレータ
18B 酸化ガスと冷却水とを区画するメタルセパレータ
18C 樹脂フレーム
18D 樹脂フレーム
19 モジュール
20 ターミナル
21 インシュレータ
22 エンドプレート
23 スタック
24 締結部材(テンションプレート)
25 ボルトまたはナット
26 冷媒流路(冷却水流路)
27 燃料ガス流路
28 酸化ガス流路
30、31 対向部
32 冷媒(冷却水)マニホルド
32a 入り側の冷媒マニホルド
32b 出側の冷媒マニホルド
33 燃料ガスマニホルド
33a 入り側の燃料ガスマニホルド
33b 出側の燃料ガスマニホルド
34 酸化ガス(空気)マニホルド
34a 入り側の酸化ガスマニホルド
34b 出側の酸化ガスマニホルド
35 整流部
36 整流部
37 シール部材(冷媒シール用)[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a fuel cell comprising a metal separator (e.g., a solid polymer electrolyte fuel cell).
[0002]
[Prior art]
[Patent Document 1]
Japanese Patent Laid-Open No. 2000-228207
A solid polymer electrolyte fuel cell is formed by laminating a module comprising a membrane-electrode assembly (MEA) and a separator. The MEA includes an electrolyte membrane made of an ion exchange membrane, an electrode (anode, fuel electrode) made of a catalyst layer disposed on one surface of the electrolyte membrane, and an electrode made of a catalyst layer placed on the other surface of the electrolyte membrane (cathode, air). Poles). A diffusion layer is provided between the anode side catalyst layer and the separator and between the cathode side catalyst layer and the separator. A fuel gas flow path for supplying fuel gas (hydrogen) to the anode is formed in the separator on the anode side of the MEA, and oxidizing gas (oxygen, usually air) is supplied to the cathode on the separator on the cathode side of the MEA. An oxidizing gas flow path is formed. A stack is configured by arranging terminals, insulators, and end plates at both ends of the module stack in the module stacking direction, the stack is tightened in the module stacking direction, and a fastening member (e.g., extending in the module stacking direction outside the module stack) Tension plate) and bolts.
In a solid polymer electrolyte fuel cell, a reaction for converting hydrogen into hydrogen ions and electrons is performed on the anode side, the hydrogen ions move through the electrolyte membrane to the cathode side, and oxygen, hydrogen ions and electrons (adjacent to the cathode side). Of water generated from the anode of the MEA's anode through the separator, or the electron generated at the anode of the cell at one end of the module stack through an external circuit to the cathode of the cell at the other end of the module stack) Is done.
Anode side: H 2 → 2H + + 2e −
Cathode side: 2H + + 2e − + (1/2) O 2 → H 2 O
In order to cool the Joule heat and the heat in the water generation reaction at the cathode, a refrigerant flow path through which a refrigerant (usually cooling water) flows is formed between the separators to cool the fuel cell.
Japanese Patent Application Laid-Open No. 2000-228207 discloses a metal separator in which a separator is formed from a metal by press molding, a reaction gas is supplied to the front surface, and cooling water is supplied to the back surface. In the separator of this publication, the refrigerant flow path width is larger than the gas flow path width from the drawing. In addition to this publication, in the case of a metal separator, the refrigerant flow path width is larger than the gas flow path width in actual production.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
However, in a separator that forms a flow path by press molding, such as a metal separator, when a gas flow path is formed on the front surface, the flow path width and flow path cross-sectional area of the refrigerant flow path on the back surface are uniquely determined. In that case, if the refrigerant flow path width is made larger than the gas flow path width as in the prior art, the following problem occurs.
(i) Since the separator part at the bottom of the groove of the refrigerant flow path is a part that presses the diffusion layer and makes the diffusion of the gas into the catalyst layer worse, if the refrigerant flow path width increases, it can be effectively used as a power generation area in the cell area The area is reduced.
(ii) The amount of cooling water increases, and the metal has good heat conduction, so it is overcooled. Too much cooling tends to cause flooding downstream of the oxidizing gas. In addition, the amount of cooling water increases, the water heat capacity increases, and cooling controllability may deteriorate.
An object of the present invention is a fuel cell in which the channel is provided with a metal separator formed by a press, can increase the effective available surface area as a generator area, and can prevent excessive cooling of the fuel cell, the metal separator It is to provide a fuel cell provided.
[0005]
[Means for Solving the Problems]
The present invention for achieving the above object is as follows.
Comprises a metal separator moiety is that is formed by a press having a portion where the refrigerant flow path is formed on the other surface gas flow path is formed on one surface, the metal separator is in contact with one another in the gas flow path groove bottom between modules In a fuel cell equipped with a metal separator,
The metal separator is
The gas flow path width is constant in the depth direction of the gas flow path except for the metal separator curved portions at both ends in the depth direction of the gas flow path,
The gas channel width d G at the midpoint position of the gas channel depth and the refrigerant channel width d W obtained by subtracting the gas channel width d G from the gas channel pitch D are:
d G ≧ d W
Fuel cells having a metal separator, characterized in that satisfies the relationship.
[0006]
In fuel cells having the above metal separator, because you have a d G ≧ d W, refrigerant flow path width is reduced than the conventional one.
By reducing the refrigerant flow path width, the area of the diffusion layer pushed by the bottom of the separator refrigerant flow channel groove is reduced, and the area of the poor gas diffusion to the catalyst layer is reduced. The area of the portion (the catalyst layer portion where the gas is sufficiently diffused and supplied) is effectively increased.
In addition, since the coolant flow path width is reduced, the amount of cooling water is reduced, the cells are not excessively cooled, and the heat capacity of the cooling water is also reduced, thereby improving the controllability. By preventing excessive cooling, flooding in the downstream portion of the oxidizing gas due to the generated water is also suppressed.
In the fuel cell separator described above, the flow path forming portion has a large thermal conductivity, and thus cooling tends to be excessive. However, since it is assumed that the above conditions are satisfied, the amount of cooling water is small. Excessive cooling can be prevented.
[0007]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, the fuel cells having a metal separator of the present invention with reference to FIGS. 1 to 3 will be described.
Fuel cell having a main barrel separator of the present invention is a solid polymer
[0008]
As shown in FIGS. 1 to 3, the solid polymer
[0009]
A fuel
The
[0010]
The catalyst layers 12 and 15 are composed of a catalyst component, for example, platinum (Pt), carbon (C) supporting the catalyst component, and an electrolyte.
The diffusion layers 13 and 16 are mainly composed of carbon (C) and have air permeability.
The
[0011]
When the part (18A or 18B) formed by pressing is made of metal, the
As shown in FIG. 3, when the MEA is sandwiched between the
[0012]
The
[0013]
A
[0014]
Opposite
A rectifying
[0015]
As shown in FIG. 3 (a cross section viewed along the line AA in FIG. 2), the
d G ≧ d W
Satisfied with the relationship. And pitch D (pitch of gas flow path = pitch of refrigerant flow path) is:
D = d G + d W
It is. In the above, the gas flow path width d G and the refrigerant flow path width d W are the midpoint of the flow path depth in the depth direction of the flow path (a point of 1 / 2h when the depth is h). The channel width or the channel width on the surface in contact with the MEA.
In the illustrated example, the
[0016]
Next, the operation of the fuel cells having a metal separator of the present invention.
In the conventional separator has a d G <d W, the fuel cells having a metal separator of the present invention, because you have a d G ≧ d W, and the gas flow path width d G is conventional and the present invention In the same case, the refrigerant flow path width d W becomes smaller than the conventional one. Further, when the pitch D is the same between the present invention and the conventional one, the refrigerant flow path width d W is smaller than the conventional one, and the gas flow path width d G is larger than the conventional one.
[0017]
By reducing the refrigerant flow path width d W , the area of the diffusion layers 13 and 16 pushed by the bottom part of the separator refrigerant flow channel groove decreases (the portion of the diffusion layer that has been pushed to increase the density has gas diffusibility. The area of the diffusion layer that is pushed and deteriorates in diffusibility decreases, and the area of the gas diffusion area to the catalyst layers 12 and 15 decreases, and as a result, power generation out of the cell area. The area of the portion (the catalyst layer portion where the gas is sufficiently diffused and supplied) is effectively increased.
Further, the coolant flow path width d W is reduced, so that the amount of cooling water is reduced, the cell is not excessively cooled, the heat capacity of the cooling water is also reduced, and the controllability is improved. Further, by preventing excessive cooling, flooding in the downstream portion of the oxidizing gas due to the generated water is also suppressed. In the case of supercooling, the saturated vapor pressure is reduced and water is easily generated, but water generation can be suppressed by preventing overcooling.
[0018]
In the
[0019]
【The invention's effect】
According to fuel cells having a metal separator of claim 1, since the d G ≧ d W, may be smaller than a conventional refrigerant flow path width d W.
By reducing the refrigerant flow path width, the area of the diffusion layer pushed by the separator refrigerant flow channel groove bottom is reduced, and the portion of the cell area that is effectively utilized for power generation (catalyst layer to which gas is sufficiently diffused and supplied) The area of the portion can be increased.
Moreover, since the cooling water flow amount is reduced by reducing the refrigerant flow path width, it is possible to eliminate the excessive cooling of the cell, to suppress flooding in the downstream portion of the oxidizing gas, and to improve the cooling controllability.
In addition, although the flow path forming portion is a high thermal conductive material, the condition of d G ≧ d W is satisfied, so the amount of cooling water is small and excessive cooling can be prevented.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an overall schematic view of a fuel cell provided with a metal separator of the present invention.
FIG. 2 is an exploded perspective view of one module of a fuel cell provided with the metal separator of the present invention.
FIG. 3 is an enlarged cross-sectional view of two modules of a part of a fuel cell provided with the metal separator of the present invention.
[Explanation of symbols]
10 (solid polymer electrolyte type)
15 Catalyst layer 16
18
25 Bolt or
27 Fuel
Claims (1)
前記メタルセパレータは、
ガス流路の深さ方向両端部位のメタルセパレータ湾曲部を除いてガス流路の深さ方向にガス流路幅が一定とされており、
ガス流路の深さの中間点位置での、ガス流路幅dG 、およびガス流路ピッチDからガス流路幅dG を差し引いた冷媒流路幅dW が、
dG ≧dW
の関係を満足していることを特徴とするメタルセパレータを備えた燃料電池。 Comprises a metal separator moiety is that is formed by a press having a portion where the refrigerant flow path is formed on the other surface gas flow path is formed on one surface, the metal separator is in contact with one another in the gas flow path groove bottom between modules In a fuel cell equipped with a metal separator,
The metal separator is
The gas flow path width is constant in the depth direction of the gas flow path except for the metal separator curved portions at both ends in the depth direction of the gas flow path,
The gas channel width d G at the midpoint position of the gas channel depth and the refrigerant channel width d W obtained by subtracting the gas channel width d G from the gas channel pitch D are:
d G ≧ d W
Fuel cells having a metal separator, characterized in that satisfies the relationship.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2002270229A JP4447204B2 (en) | 2001-10-01 | 2002-09-17 | Fuel cell with metal separator |
Applications Claiming Priority (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2001305239 | 2001-10-01 | ||
JP2001-305239 | 2001-10-01 | ||
JP2002270229A JP4447204B2 (en) | 2001-10-01 | 2002-09-17 | Fuel cell with metal separator |
Related Child Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2007334591A Division JP2008117789A (en) | 2001-10-01 | 2007-12-26 | Metal separator for fuel cell |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2003178776A JP2003178776A (en) | 2003-06-27 |
JP4447204B2 true JP4447204B2 (en) | 2010-04-07 |
Family
ID=26623529
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2002270229A Expired - Fee Related JP4447204B2 (en) | 2001-10-01 | 2002-09-17 | Fuel cell with metal separator |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP4447204B2 (en) |
Families Citing this family (14)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP5011627B2 (en) * | 2003-05-16 | 2012-08-29 | トヨタ自動車株式会社 | Fuel cell |
JP2005150008A (en) * | 2003-11-19 | 2005-06-09 | Nitto Denko Corp | Fuel cell |
WO2005050766A1 (en) * | 2003-11-19 | 2005-06-02 | Nitto Denko Corporation | Fuel cell |
JP4643178B2 (en) * | 2003-11-19 | 2011-03-02 | アクアフェアリー株式会社 | Fuel cell |
JP2005353521A (en) * | 2004-06-14 | 2005-12-22 | Hitachi Ltd | Solid polymer fuel cell, metal separator for fuel cell and kit for fuel cell |
JP4984459B2 (en) | 2005-08-29 | 2012-07-25 | トヨタ自動車株式会社 | Fuel cell and resin frame |
JP5026708B2 (en) * | 2006-02-09 | 2012-09-19 | 東海ゴム工業株式会社 | Cell for polymer electrolyte fuel cell and polymer electrolyte fuel cell using the same |
JP5011759B2 (en) * | 2006-03-07 | 2012-08-29 | トヨタ自動車株式会社 | Fuel cell with cell voltage monitor |
JP4910461B2 (en) * | 2006-04-13 | 2012-04-04 | トヨタ自動車株式会社 | Fluid introduction member for fuel cell stack and fuel cell stack |
JP5344273B2 (en) | 2006-04-25 | 2013-11-20 | トヨタ自動車株式会社 | Fuel cell and separator thereof |
JP5194392B2 (en) * | 2006-06-23 | 2013-05-08 | トヨタ自動車株式会社 | Fuel cell stack |
CA2741773C (en) | 2009-01-22 | 2013-04-16 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Fuel cell separator having recesses and convexes for forming reactive gas flow path and fuel cell having the fuel cell separator |
JP5936889B2 (en) * | 2012-03-09 | 2016-06-22 | 本田技研工業株式会社 | Fuel cell |
US9444108B2 (en) * | 2014-04-15 | 2016-09-13 | Hamilton Sundstrand Corporation | Additive manufacturing for fuel cell flow fields |
Family Cites Families (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH0992307A (en) * | 1994-11-11 | 1997-04-04 | Toshiba Corp | Molten carbonate type fuel cell |
JP3570669B2 (en) * | 1998-04-17 | 2004-09-29 | 松下電器産業株式会社 | Solid polymer electrolyte fuel cell and manufacturing method thereof |
JP2000208153A (en) * | 1999-01-18 | 2000-07-28 | Fuji Electric Co Ltd | Solid polymer electrolyte fuel cell |
JP2000228207A (en) * | 1999-02-09 | 2000-08-15 | Nissan Motor Co Ltd | Separator for fuel cell, and fuel cell |
JP2001297777A (en) * | 2000-04-13 | 2001-10-26 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Macromolecular electrolyte fuel cell |
-
2002
- 2002-09-17 JP JP2002270229A patent/JP4447204B2/en not_active Expired - Fee Related
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2003178776A (en) | 2003-06-27 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US5922485A (en) | Solid polymer electrolyte fuel cell | |
CA2390616C (en) | Fuel cell | |
CA2428959C (en) | Fuel cell stack structure | |
JP3956864B2 (en) | Fuel cell separator having flow channel structure | |
US7309539B2 (en) | Fuel cell stack | |
US20020146601A1 (en) | Solid polymer electrolyte fuel cell assembly, fuel cell stack, and method of supplying reaction gas in fuel cell | |
JP4447204B2 (en) | Fuel cell with metal separator | |
JP5098128B2 (en) | Fuel cell | |
JP4592940B2 (en) | Polymer electrolyte fuel cell stack | |
JP3972832B2 (en) | Fuel cell | |
JP4259041B2 (en) | Fuel cell | |
JP4599300B2 (en) | Polymer electrolyte fuel cell | |
US6939639B2 (en) | Fuel cell separator | |
JP3983530B2 (en) | Fuel cell stack | |
JP2005166304A (en) | Fuel cell stack | |
JP4042547B2 (en) | Fuel cell seal structure | |
JP2008117789A (en) | Metal separator for fuel cell | |
JP2003297395A (en) | Fuel cell | |
JP2004342442A (en) | Fuel cell separator | |
JP2002216805A (en) | Separator for fuel cell | |
JP4238532B2 (en) | Fuel cell | |
JP4498681B2 (en) | Polymer electrolyte fuel cell | |
JP2009158434A (en) | Fuel cell | |
JP2004311056A (en) | Fuel cell stack | |
JP2008071507A (en) | Solid polymer fuel cell |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20050422 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20060927 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20061128 |
|
A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20070126 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20070717 |
|
A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20070912 |
|
A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20071030 |
|
A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20071226 |
|
A911 | Transfer of reconsideration by examiner before appeal (zenchi) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A911 Effective date: 20080104 |
|
A912 | Removal of reconsideration by examiner before appeal (zenchi) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A912 Effective date: 20080125 |
|
A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20091125 |
|
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20100120 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130129 Year of fee payment: 3 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130129 Year of fee payment: 3 |
|
LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |